DE19843481C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen einer Folie - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen einer Folie

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen einer Folie mit einem Grundkörper, insbesondere mit einem Kunststofformteil, bei dem die zu verschweißende Folie zwischen einer Schweißeinheit und dem Grundkörper plaziert wird und bei dem anschließend die Schweißeinheit und/oder der Grundkörper zum Zwecke der Verschweißung derart bewegt werden, daß die Folie auf ihrer einen Seite mit der vorgesehenen Verbindungsfläche des Grundkörpers und auf ihrer anderen Seite mit der Schweißeinheit in Verbindung steht, wobei die Folie mit der vorgesehenen Verbindungsfläche des Grundkörpers verschweißt wird. Die Durchtrennung der Folien beim Verschweißen auch dünner Folien wird erfindungsgemäß dadurch verhindert, daß die Schweißeinheit und/oder der Grundkörper vor der Plazierung der Folie zum Zwecke der Vorverformung des Grundkörpers derart bewegt werden, daß die Schweißeinheit in die vorgesehene Verbindungsfläche des Grundkörpers eindringt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Verschweißen einer Folie.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen einer Folie mit einem Grundkörper, insbesondere mit einem Kunststofformteil, bei dem die zu ver­ schweißende Folie zwischen einer Schweißeinheit und dem Grundkörper plaziert wird und bei dem anschließend die Schweißeinheit und/oder der Grundkörper zum Zwecke der Verschweißung derart bewegt werden, daß die Folie auf ihrer einen Seite mit der vorgesehenen Verbindungsfläche des Grundkörpers und auf ihrer an­ deren Seite mit der Schweißeinheit in Verbindung steht, wobei die Folie mit der vorgesehenen Verbindungsfläche des Grundkörpers verschweißt wird. Die vorlie­ gende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Verschweißen einer Folie.
Ein derartiges Schweißverfahren wird bei der Fertigung von Wegwerfprodukten an­ gewendet. Dabei wird ein Grundkörper, beispielsweise ein starres Formteil, mit ei­ ner Folie verschweißt, wobei die Folie bestimmte, beispielsweise von der späteren Verwendung abhängende Eigenschaften aufweist. Vorbekannte Verfahren sehen vor, zunächst die Folie an einer gewünschten Position zwischen Schweißeinheit und Grundkörper zu plazieren und anschließend die Schweißeinheit derart zu be­ wegen, daß die Folie mit der Schweißeinheit einerseits und mit dem Grundkörper andererseits in Verbindung steht und entsprechend mit der vorgesehenen Verbin­ dungsfläche des Grundkörpers verschweißt wird. Werden Folien mit einem sehr niedrigen Schmelzpunkt verwendet, ergibt sich das Problem, daß die Toleranzen bei der Fertigung des Grundkörpers sowie auch bei der Bewegung der Schweißeinheit sehr genau eingehalten werden müssen, damit es zu einem defi­ nierten Schweißverhalten kommt. Bekannte Verfahren erfüllen diese Anforderun­ gen nur unzureichend bzw. benötigen aufgrund ihrer Konstruktionsmerkmale we­ sentlich mehr Schweißfläche. Können die Formtoleranzen und die Gestaltabwei­ chungen nicht innerhalb der gewünschten Grenzen gehalten werden, was bei­ spielsweise bei Grundkörpern der Fall sein kann, die aus Spritzgußteilen bestehen, kann es sehr leicht zu einer unerwünschten Durchtrennung der Folie kommen.
Ein Schweißverfahren der eingangs genannten Art ist beispielsweise in der DE 28 06 770 A1 gezeigt. Ferner zeigt die DE 43 33 852 A1 ein elektrisches Hei­ zelement für Folienschweißgeräte, mit dem Folien aus thermoplastischen Werk­ stoffen verschweißt werden können.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verschweißen einer Folie mit einem Grundkörper zur Verfügung zu stellen, bei dem es auch bei Verwendung dünner Folien beim Schweißvorgang nicht zur Durchtrennung der Fo­ lie kommt.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß die Schweißeinheit und/oder der Grundkörper vor der Plazierung der Folie zum Zwecke der Vorverformung des Grundkörpers derart bewegt werden, daß die Schweißeinheit in die vorgesehene Verbindungsfläche des Grundkörpers eindringt. Durch das Eindringen der Schweißeinheit in den Grundkörper wird eine entsprechende Kontur der Schweißeinheit in der Verbindungsfläche des Grundkör­ pers abgebildet. Damit wird vor dem Verschweißen der Folie in dem Grundkörper eine Vertiefung geschaffen, die einerseits einen definierten Abstand zur Schweißeinheit aufweist und andererseits mit einer glatten Oberfläche versehen ist, d. h. keine fertigungsbedingten Unebenheiten aufweist.
Im Anschluß an die erfindungsgemäße Vorverformung des Grundkörpers wird die zu verschweißende Folie zwischen der Schweißeinheit und dem Grundkörper bzw. der vorgesehenen und vorverformten Verbindungsfläche des Grundkörpers plaziert und anschließend mit dieser verschweißt. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß die Geometrie und Beabstandung der vorverformten Verbindungsfläche und damit auch der darauf aufliegenden Folie exakt bekannt und definiert sind, wodurch ein Durchtrennen der Folie wirksam verhindert wird. Insbesondere ergibt sich daraus in einer laufenden Produktion ein gleichbleibendes Qualitätsniveau unabhängig von üblicherweise auftretenden Formtoleranzen und Gestaltabweichungen der bei­ spielsweise als Spritzgußteile ausgeführten Grundkörper. Weitere Vorteile des er­ findungsgemäßen Verfahrens ergeben sich daraus, daß die Schweißnähte eine hohe Belastbarkeit aufweisen und aufgrund des Ausgleiches von Bauteiltoleranzen und Unebenheiten von Schweißeinheit und Grundkörper gleichmäßig tragend aus­ geführt sind. Ferner wird aufgrund der exakten Geometrie der Verbindungsfläche ein nur geringer Platzbedarf benötigt. Beispielsweise kann die Schweißnaht auf einem 1 mm breiten Steg aufgebracht werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Auslenkung der Schweißeinheit bei der Vor­ verformung des Grundkörpers die Auslenkung bei der Verschweißung der Folie um einen Betrag übersteigt, der in etwa der Dicke der Folie entspricht. Dadurch wird erreicht, daß eine Ausdünnung des Folienquerschnittes verhindert wird bzw. daß die verbleibenden Wandstärken der Folie nahezu dem Originalquerschnitt entspre­ chen. Damit wird es auch möglich, die sichere Verschweißung sehr dünner Folien (< 100 µm) zu gewährleisten.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird bei der Vorverformung des Grundkörpers durch Verwendung einer Schweißeinheit mit kreis- oder teilkreisförmiger Querschnittsfläche eine kreissegmentförmige Vertie­ fung in dem Grundkörper erzeugt. Die Schweißeinheit kann vorteilhaft einen Schweißdraht aufweisen.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß die Schweißeinheit nach einem Wärmeimpulsverfahren beheizt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Verschweißen einer Folie mit einem Grundkörper, wobei die Vorrichtung eine Schweißeinheit aufweist und wobei die Schweißeinheit und/oder der Grundkörper derart bewegbar sind, daß die Folie auf ihrer einen Seite mit der vorgesehenen Verbindungsfläche des Grund­ körpers und auf ihrer anderen Seite mit der Schweißeinheit in Verbindung steht, wobei die Folie mit der vorgesehenen Verbindungsfläche des Grundkörpers ver­ schweißt wird. Ferner ist erfindungsgemäß eine Steuereinheit vorgesehen, durch die die Bewegung der Schweißeinheit und/oder des Grundkörpers derart gesteuert wird, daß die Schweißeinheit vor der Verschweißung der Folie zum Zwecke der Vorverformung in die vorgesehene Verbindungsfläche des Grundkörpers eindringt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Steu­ ereinheit derart ausgeführt, daß die Schweißeinheit bei der Vorverformung um ei­ nen Betrag ausgelenkt wird, der die Auslenkung beim Schweißvorgang um in etwa die Dicke der Folie überschreitet.
Es kann eine Eingabeeinheit vorgesehen sein, die mit der Steuereinheit in Verbin­ dung steht und in die die Dicke der Folie eingebbar ist. Durch die Abstimmung der Bewegung der Schweißeinheit und/oder des Grundkörpers auf die Dicke der zu verschweißenden Folie wird eine breite Einsetzbarkeit und unabhängig von der Dicke der Folie stets eine optimale Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung gewährleistet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schweißeinheit einen Schweißdraht aufweist. Dieser Schweißdraht kann nach einem an sich bekannten Wärmeimpulsverfahren betrieben werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgese­ hen, daß der Schweißdraht teilweise in einem Gehäuse aufgenommen ist, wobei zwischen dem Schweißdraht und dem Gehäuse eine Ummantelung aus Polyte­ trafluorethylen (PTFE) vorgesehen ist. Der Heizdraht kann ferner wenigstens teil­ weise mit einer Kaptonfolie überzogen sein.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1: Eine Querschnittsansicht des Grundkörpers, der Folie sowie der Schweißeinheit.
In Fig. 1 ist in einer Querschnittsansicht der Grundkörper 20 dargestellt, der vor­ zugsweise aus einem Spritzgußformteil besteht. Der Grundkörper 20 wird an seiner Verbindungsfläche 22 mit einer Folie 10 verschweißt.
Die Schweißeinheit umfaßt den Schweißdraht 30, der in dem Gehäuse 40 fixiert ist. Zwischen Gehäuse 40 und dem Schweißdraht 30 ist die Ummantelung 32 aus PTFE, bekannt unter dem Handelsnamen Teflon, vorgesehen. Das Gehäuse 40 sowie der aus dem Gehäuse 40 herausragende Teil des Schweißdrahtes 30 ist mit der Kaptonfolie 34 überzogen.
Erfindungsgemäß wird in einem ersten Verfahrensschritt der Schweißdraht 30 der­ art auf den Grundkörper 20 zubewegt, daß der Schweißdraht 30 bzw. die Kapton­ beschichtung 34 in die Verbindungsfläche 22 des Grundkörpers 20 eindringt, ohne daß dabei die Folie 10 zwischen Schweißdraht 30 und Grundkörper 20 angeordnet ist. Durch diese Vorverformung wird eine definierte und glatte Oberfläche im Grundkörper 20 gebildet und der Einfluß von Toleranzen auf das spätere Ver­ schweißen der Folie 10 ausgeschlossen.
Nach dieser Vorverformung wird der Schweißdraht 30 wieder geringfügig vom Grundkörper 20 entfernt, d. h. gemäß Fig. 1 nach unten bewegt, und die Folie 10 an der gewünschten Position plaziert.
Nun wird der Schweißdraht 30 auf die Folie 10 zu bewegt, d. h. gemäß Fig. 1 nach oben geführt, wodurch die Folie 10 zwischen der vorverformten Verbindungsfläche 22 des Grundkörpers 20 und der Oberfläche des Schweißdrahtes 30 bzw. der Kaptonbeschichtung 34 fixiert wird. Dabei wird vorteilhaft der Schweißdraht 30 um einen Betrag nach oben bewegt, der um die Dicke der Folie 10 unter der Auslen­ kung des Schweißdrahtes 30 bei der Vorverformung des Grundkörpers 20 liegt. Dadurch wird erreicht, daß eine Ausdünnung des Querschnittes der Folie 10 ver­ mieden wird und die verbleibenden Wandstärken nahezu dem Originalquerschnitt der Folie 10 entsprechen.
Der Schweißdraht 30 arbeitet gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nach einem an sich bekannten Wärmeimpulsverfahren. Der Schweißdraht 30 ist kon­ struktiv derart im Gehäuse 40 geführt, daß er in der Lage ist, horizontale und verti­ kale Kräfte aufzunehmen, ohne zu verrutschen. Die Möglichkeit der Längenaus­ dehnung während der Wärmung ist gegeben. Dadurch wird erreicht, daß der Schweißdraht 30 stets in einer exakten Position verbleibt, wodurch gewährleistet wird, daß die Positionierung des Heizdrahtes 30 während der Vorverformung und während des Schweißvorganges identisch ist.
Der Grundkörper 20 kann beispielsweise Bestandteil einer Kassette für die Hämo­ dialyse oder eines Cyclers für die Peritonealdialyse sein.

Claims (10)

1. Verfahren zum Verschweißen einer Folie (10) mit einem Grundkörper (20), insbesondere mit einem Kunststofformteil, bei dem die zu verschweißende Folie (10) zwischen einer Schweißeinheit und dem Grundkörper (20) plaziert wird und bei dem anschließend die Schweißeinheit und/oder der Grundkörper (20) zum Zwecke der Verschweißung derart bewegt werden, daß die Folie (10) auf ihrer einen Seite mit der vorgesehenen Verbindungsfläche (22) des Grundkörpers (20) und auf ihrer anderen Seite mit der Schweißeinheit in Ver­ bindung steht, wobei die Folie (10) mit der vorgesehenen Verbindungsfläche (22) des Grundkörpers (20) verschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißeinheit und/oder der Grundkörper (20) vor der Plazierung der Folie (10) zum Zwecke der Vorverformung des Grundkörpers (20) derart be­ wegt werden, daß die Schweißeinheit in die vorgesehene Verbindungsfläche (22) des Grundkörpers (20) eindringt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung der Schweißeinheit bei der Vorverformung des Grundkörpers (20) die Auslen­ kung bei der Verschweißung der Folie (10) um einen Betrag übersteigt, der in etwa der Dicke der Folie (10) entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Vor­ verformung des Grundkörpers (20) eine im Querschnitt kreissegmentförmige Vertiefung in den Grundkörper (20) eingebracht wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schweißeinheit nach einem Wärmeimpulsverfahren beheizt wird.
5. Vorrichtung zum Verschweißen einer Folie (10) mit einem Grundkörper (20), wobei die Vorrichtung eine Schweißeinheit aufweist und wobei die Schweißeinheit und/oder der Grundkörper (20) derart bewegbar sind, daß die Folie (10) auf ihrer einen Seite mit der vorgesehenen Verbindungsfläche (22) des Grundkörpers (20) und auf ihrer anderen Seite mit der Schweißeinheit in Verbindung steht, wobei die Folie (10) mit der vorgesehenen Verbindungsflä­ che (22) des Grundkörpers (20) verschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit vorgesehen ist, durch die die Bewegung der Schweißeinheit und/oder des Grundkörpers (20) derart gesteuert wird, daß die Schweißeinheit vor der Verschweißung der Folie (10) zum Zwecke der Vor­ verformung in die vorgesehene Verbindungsfläche (22) des Grundkörpers (20) eindringt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit derart ausgeführt ist, daß die Schweißeinheit bei der Vorverformung um einen Betrag ausgelenkt wird, der die Auslenkung beim Schweißvorgang um in etwa die Dicke der Folie (10) überschreitet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ein­ gabeeinheit vorgesehen ist, die mit der Steuereinheit in Verbindung steht, und in die die Dicke der Folie (10) eingebbar ist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schweißeinheit einen Schweißdraht (30) aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweiß­ draht (30) teilweise in einem Gehäuse (40) aufgenommen ist, wobei zwischen dem Schweißdraht (30) und dem Gehäuse (40) eine Ummantelung (32) aus Polytetrafluorethylen (PTFE) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißdraht (30) wenigstens teilweise mit einer Kaptonfolie (34) überzogen ist.
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